Guia Para Analisis Estructural de Edificios de Concreto Armado SAP2000

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  • UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

    CENTRO DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    Por: Patricio Marcelo Vasco Lpez

    AGOSTO 2003

  • Agradecimiento

    Deseo expresar mi sincero agradecimiento al Ing. Miguel Mora M. Sc. Decano de la Facultad de Ingeniera Civil, y al Ing. Vinicio Jaramillo Ph. D. Subdecano, por su valiosa colaboracin para desarrollar el presente trabajo, al Ing. Francisco Fernndez Ph. D. quien me ayudo oportunamente para la presentacin del mismo, y al Ing. Wilson Medina Pazmio, por los conocimientos entregados a mi persona en mi carrera de pregrado.

  • A los Estudiantes de Ingeniera Civil de La Universidad Tcnica de Ambato

  • CONTENIDO

    Agradecimiento I

    Dedicatoria II

    Contenido III

    1.- Ingeniera de Estructuras 1

    1.1.-Introduccin

    1.2.- Ingeniera Estructural Conceptual

    1.3.- Ingeniera Estructural Bsica

    1.4.- Ingeniera Estructural de Anlisis y Diseo

    1.5.- Ingeniera Estructural de Detalle

    1.6.- Redaccin del Proyecto de Ingeniera Estructural

    1.7.- Gua de Ingeniera Estructural para el Diseo de un Edificio

    2.- Predimensionamiento y Cuantificacin de Cargas 5

    2.2.- Carga Viva

    2.3.- Cargas Ssmicas

    2.4.- Cargas de Viento

    2.5.- Prediseo de Elementos

    2.5.1.- Prediseo de Losa

    2.5.1.- Carga Muerta de Losa

    2.5.2.- Carga Muerta de Paredes

    2.6.- Preparacin de Pesos por Piso

    2.7.- Carga de Sismo

    2.8.- Cargas actuantes sobre las Vigas

    2.8.1.- Cargas sobre las Vigas

    3.- Opciones de Clculo Estructural con el Programa Sap2000 18

    3.1.- Clculo Esttico

    3.2.- Clculo Dinmico

    3.2.1.- Anlisis de Respuesta bajo Carga Sinusoidal.

    3.2.2.- Clculo de Frecuencias y Modos de Vibracin

    3.2.3.- Anlisis Mediante Vectores de Ritz

  • 3.2.4.- Anlisis por Espectros de Respuesta.

    3.2.5.- Integracin Directa de la Ecuacin Dinmica.

    3.3.- Modelacin de Estructuras en SAP 2000

    3.3.1.- Modelacin Prtico Eje C

    4.- Combinaciones de Carga 58

    5.- Prediseo segn las Disposiciones especiales para el diseo Ssmico ACI 318-99 58

    5.1.- Prediseo de Vigas

    5.2.- Prediseo de Columnas

    6.- Anlisis Esttico Espacial del Edificio en Estudio 65

    6.2.- Determinacin del Centro de Masas.

    6.3.- Determinacin del Centro de Rigideces CR

    6.4.- Corte Ssmico por Torsin

    7.- Modelacin Estructura Tridimensional 70

    8.- Caractersticas de Deformacin de los Elementos Resistentes 117

    8.1.- Anlisis para el Periodo Verdadero de la Estructura

    8.2.- Efecto P- y Derivas Mximas

    9.- Diseo en Hormign Armado 120

    10.- Anlisis Modal Espectral 129

    10.1.- Modelacin Anlisis Espectral

    11.- Bibliografa 142

    Anexo 1

    Anexo 2

    Anexo 3

  • Por: Patricio M. Vasco L. Pg. 1

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    1.- Ingeniera de Estructuras 1.1.-Introduccin

    Todas las estructuras deben ser Diseadas y Construidas para que, con una seguridad aceptable, sea capaz de soportar todas las acciones que la puedan solicitar durante la construccin y el perodo de vida til previsto en el proyecto as como la agresividad del medio.

    El anlisis estructural consiste en la determinacin de los efectos originados por las acciones sobre la totalidad o parte de la estructura, con el objeto de efectuar comprobaciones en sus elementos resistentes.

    Para la realizacin del anlisis y diseo estructural, se idealizan tanto la geometra de la estructura como las acciones y las condiciones de apoyo mediante un modelo matemtico adecuado. El modelo elegido debe ser capaz siempre de reproducir el comportamiento estructural dominante.

    Generalmente, las condiciones de compatibilidad o las relaciones tenso-deformacionales de los materiales resultan difciles de satisfacer estrictamente, por lo que pueden adoptarse soluciones en que estas condiciones se cumplan parcialmente, siempre que sean equilibradas y que se satisfagan a posteriori las condiciones de ductilidad apropiadas.

    1.2.- Ingeniera Estructural Conceptual

    La ingeniera estructural conceptual es la elaboracin de propuestas de solucin en trminos de conceptos generales, es decir ideas que permitan resolver el problema de la existencia de la estructura. Se refiere a la posibilidad del equilibrio y de la estabilidad que debe existir mucho antes de cualquier comprobacin numrica.

    En esta etapa se definen los sistemas resistentes, eligiendo los tipos estructurales y organizndolos en el espacio. Es la etapa ms importante del proceso de anlisis y diseo, pues una vez definido el sistema resistente el resto del proceso es una consecuencia. Tambin es la etapa que ms experiencia requiere, lo que deja descolocados a los alumnos. De todos modos la nica manera de adquirir experiencia en este campo es intentar un diseo y luego criticarlo, es decir, analizarlo para estudiar sus ventajas e inconvenientes.

    Otra cuestin relacionada con este tema es la coherencia entre la estructura y la arquitectura. Es un error frecuente adoptar estructuras que tienen caractersticas incompatibles con las del edificio: el ejemplo ms tpico es la utilizacin de estructuras relativamente flexibles por ejemplo: prticos con vigas y columnas de ciertas dimensiones, ubicados dentro del edificio, en construcciones con cerramientos muy rgidos como mampostera, y as son casi todas las construcciones de la zona central.

    Otro error es utilizar estructuras que compiten por el espacio fsico con los espacios funcionales del edificio. Es lo que sucede si se pretende utilizar prticos internos cuando la altura disponible para

  • Por: Patricio M. Vasco L. Pg. 2

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    las vigas o el espacio para las columnas est muy limitado por las necesidades funcionales.

  • Por: Patricio M. Vasco L. Pg. 3

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    Existe una tendencia a considerar la estructura como algo separado, que se apoya en la fundacin y a su vez esta se apoya en el suelo el que se considera indeformable o, en todo caso, que sus deformaciones no influyen sobre la estructura. De ningn modo esto es as y menos para acciones horizontales importantes. La estructura es una sola: superestructura, fundacin y suelo forman un nico sistema resistente que debe ser estudiado unitariamente. Por lo tanto desde el principio se debe considerar cada tipo estructural en relacin con las posibilidades de fundacin y la interaccin con el suelo.

    1.3.- Ingeniera Estructural Bsica

    Es el momento de iniciar los anlisis estructurales que pueden ser eficaces pero que deberan poner en evidencia las interacciones entre los distintos sistemas que componen la estructura. La dificultad ms grande que se encuentra es modelar la estructura, ya que es aqu donde se trata de definir las dimensiones de los componentes estructurales con una precisin adecuada para garantizar la compatibilidad final de la solucin estructural.

    La solucin elegida debe ser viable desde el punto de vista funcional, que garantice el equilibrio, las dimensiones de los componentes estructurales deben ser aceptables para los espacios funcionales de la construccin al igual que para su economa. Se supone que cuando se realicen el anlisis y la verificacin detallados de la estructura las dimensiones de los componentes sern confirmadas con variaciones poco significativas

    1.4.- Ingeniera Estructural de Anlisis y Diseo

    La principal causa de esa dificultad es el concepto determinstico que se tiene del anlisis y que convierte en receta lo que debe ser fruto de la interpretacin fsica. Si se sabe como funciona la estructura se puede encontrar un modelo analtico que resuelva ese funcionamiento. Saber como funciona una estructura es saber como se deforma.

    Hay un solo camino para aprender a modelar: modelando e interpretando los resultados, en particular las deformaciones. Por otra parte es un hecho que no se puede ensear a modelar, se aprende, es decir, en situacin de modelar e interpretar resultados. Una cuestin que debe tenerse siempre presente es que con frecuencia no hay un solo modelo que permita describir todos los aspectos del funcionamiento de la estructura.

    Con frecuencia hay que emplear ms de uno y obtener resultados envolventes que permitan estimar el funcionamiento probablemente intermedio de la estructura real. Es obvio que las tcnicas de modelado varan con los medios auxiliares de clculo disponibles y que cada vez hacen posible mayor precisin en la descripcin de los fenmenos fsicos.

    Una vez superada la etapa de anlisis de solicitaciones de los sistemas y componentes se puede entrar en el Diseo de Hormign Estructural. Existen algunas dificultades prcticas para los alumnos en esta etapa: falta agilidad para los anlisis de cargas, falta agilidad para el dimensionado y especialmente la verificacin de secciones de hormign armado sometidas a distintas solicitaciones.

  • Por: Patricio M. Vasco L. Pg. 4

    Gua para Anlisis y Diseo Estructural de Edificios de Hormign Armado

    1.5.- Ingeniera Es